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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur
Herstellung einer abrasiven Beschichtungslage (im folgenden "Abrasierschichtauflage") sowie auf eine
nach dem Verfahren hergestellte Abrasierschichtauflage.
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In
einer Gasturbine ist ein vorbestimmter Abstand bzw. Zwischenraum
zwischen einer Lauf schaufelspitze und einem der Laufschaufelspitze
gegenüberliegenden
Gehäuse
vorgesehen. Bei der Gasturbine strömt ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas
durch einen Gasdurchgang, so dass sich die Laufschaufel thermisch
dehnt. Falls diese Wärmedehnung
markant wird, kann es dazu kommen, dass die Spitze der Laufschaufel
und das Gehäuse miteinander
in Kontakt treten.
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Um
eine zuverlässige
Funktion zu gewährleisten,
auch wenn es zu einem solchen Kontakt kommt, wird eine abtragende
bzw. hart abrasive Beschichtung auf die Spitze der Laufschaufel
aufgebracht, während
eine abtragbare bzw. verschleissbare Beschichtung, die leicht abgeschliffen
werden kann, auf das Gehäuse
aufgebracht wird. Wegen dieser Maßnahmen schleift auch dann,
wenn die Spitze der Laufschaufel mit dem Gehäuse in Kontakt kommt, die hart
abrasive Beschichtung an der Spitze der Laufschaufel die auf das
Gehäuse
aufgebrachte, leicht abtragbare, verschleissbare Beschichtung ab. Somit
kann Zuverlässigkeit
gewährleistet
werden und ein geeigneter Abstand bzw. Zwischenraum sichergestellt
werden (siehe beispielsweise die japanischen Patentanmeldung JP
2001-303904 A).
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CBN/MCrAlY
wird oft als die abtragende Beschichtung (abrasive coating) verwendet.
Bei dieser Beschichtung fungiert CBN (kubisches Bornitrid – Cubic
Boron Nitride) als Polierkörnung
und MCrAlY dient als Matrixmetall, um die Polierkörnung festzuhalten.
M bei MCrAlY bezeichnet eines oder mehrere Metalle unter Eisen,
Nickel und Kobalt.
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Eines
der Verfahren zum Aufbringen der abrasiven Beschichtung auf die
Spitze der Laufschaufel besteht in der Verwendung einer Abrasierschichtauflage
(abrasive coating sheet). Das Herstellungsverfahren der Abrasierschichtauflage
und das Verfahren der Beschichtung mit der Abrasierschichtauflage
wird im folgenden unter Bezugnahme auf die 3(a) bis 3(d) erläutert.
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Zunächst wird
eine im Handel erhältliche Hartlötlage 1 einsatzbereit
gemacht, wie in 3(a) gezeigt
ist. "BNi-2", das JIS-Standards
erfüllt,
wird beispielsweise als Hartlötlage 1 angewandt.
Die Hartlötlage 1 wird
durch Aufeinanderschichten einer Hartlöt-Füllmetallschicht 1a,
einer druckempfindlichen Adhäsionsschicht 1b sowie
einer Stützlage 1c gebildet.
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Anschließend wird
gemäß 3(b) ein abrasives Beschichtungsmaterial 2 in
der Form einer Schlämme
auf die Hartlöt-Füllmetallschicht 1a der Hartlötlage 1 aufgebracht.
Das abrasive Beschichtungsmaterial 2 ist ein Gemisch aus
einem Binder 2a, MCrAlY 2B und CBN 2c.
Dann wird das abrasive Beschichtungsmaterial 2 durch eine
Klinge oder dergleichen in einem Schicht- bzw. einen Lagentiegel
(im folgenden "Tiegelwanne") verteilt, und während dieses
Vorgangs wird überschüssiges abrasives
Beschichtungsmaterial 2 abgestreift. Ein solcher Vorgang
des Verteilens des abrasiven Beschichtungsmaterials 2 in
eine Tiegelwanne durch eine Klinge oder dergleichen ist bisher durch
manuelle Arbeit einer Bedienungsperson durchgeführt worden.
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Wenn
das im Schlämmezustand
befindliche abrasive Beschichtungsmaterial 2, das auf die
Hartlöt-Füllmetallschicht 1a der
Hartlötlage 1 aufgebracht und
auf dieser verteilt worden ist, getrocknet ist, wird eine Abrasierschichtauflage 3 gebildet.
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Die
resultierende Abrasierschichtauflage 3 wird entlang der
Form einer Laufschaufel geschnitten, wonach die Stützlage 1c losgelöst wird
und der Rest an der Spitze der Laufschaufel angeheftet wird. In
diesem Zustand wird die Abrasierschichtauflage 3 (von der
Stützlage 1c befreit)
zusammen mit der Laufschaufel erhitzt. Infolgedessen wird eine verfestigte
Schicht 4 mit dem in einem Matrixmetall 2b' aus MCrAlY
verteilten CBN 2c gebildet, wie in 3(c) gezeigt ist. In 3(c) bezeichnet 5 eine Laufschaufel.
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Wenn
die verfestigte Schicht 4 einem Strahlvorgang unterzogen
wird, steht das CBN 2c aus dem Matrixmetall 2b' hervor, wie
in 3(d) gezeigt ist, wodurch
ein sogenanntes Abrichten bzw. eine Endbearbeitung (dressing) erzielt
wird. Auf diese Weise wird eine abrasive Beschichtung 6 gebildet.
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Gemäß herkömmlichen
Technologien wurde das auf die Hartlötlage 1 aufgebrachte
abrasive Beschichtungsmaterial 2 durch einen manuellen
Arbeitsgang in der Tiegelwanne verteilt, der durch eine Bedienungsperson
mittels einer Klinge oder dergleichen durchgeführt wurde. Somit waren Abweichungen
in der Schichtdicke so stark, dass der Ertrag sehr gering war und
demgemäß die Fertigungskosten letzlich
hoch waren.
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Herkömmlicherweise
wurde, wenn eine ein Meter lange Lage herzustellen war, eine Klinge
manuell mit einer Geschwindigkeit von mehreren mm/sec bewegt. Somit
musste eine weitere Person für
einen Arbeitsgang der Schlämmezufuhr
zugeteilt werden, was zu hohen Arbeitskosten führte.
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Außerdem wurde
die Abrasierschichtauflage 3 durch einen manuellen Arbeitsgang
erzeugt. Um die Schwankungen in der Schichtdicke zu minimieren,
war daher eine gewisse Erfahrung erforderlich. Falls die Bedienungsperson
wechselte, ergaben sich sofort Abweichungen in der Schichtdicke
(Qualitätsminderung).
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Der
Dosierklingenprozess, der allgemein akzeptiert ist, weist den Nachteil
auf, dass die Schlämme
nicht in einem Lagentiegel verteilt werden kann, falls ihre Viskosität hoch ist.
Der Dosierklingenprozess ist wegen der Viskosität der bei aktuellen Anwendungen
eingesetzten Schlämme
schwer anzuwenden (die Viskosität
ist hoch).
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Aus
der
DE 4140335 A1 ist
eine Vorrichtung zum Auftragen von Salben auf Gazen bekannt, bei der
ein wannenartiger Schlitten zur Aufnahme der Gazelage beweglich
auf einem Tischgestell angeordnet ist. Eine Beschickungseinrichtung
mit einer Breitschlitzdüse übergreift
den beweglichen Schlitten, wobei die Salbe über die Breitschlitzdüse auf die
darunter bewegte Gazelage aufgebracht wird.
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Aus
der
DE 3726841 C2 ist
eine Vorrichtung zum Beschichten von Fliesen mit Mörtel bekannt,
bei der Fliesen entlang Führungsschienen
auf einem Tisch unter einem Behälter
für Mörtel hindurchbewegt
werden und überschüssiger Mörtelauftrag
auf die Fliesen durch einen Abstreifer am Mörtelbehälter abgestreift wird.
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In
Anbetracht der oben beschriebenen herkömmlichen Technologien ist eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, sowohl eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur Herstellung einer Abrasierschichtauflage bereitzustellen,
wobei die Vorrichtung und das Verfahren in der Lage sind, die Abrasierschichtauflage
ohne Abweichungen in der Schichtdicke herzustellen. Aufgabe der
Erfindung ist schließlich
auch die Bereitstellung einer entsprechend hergestellten Abrasierschichtauflage.
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Um
die obige Aufgabe zu erfüllen,
umfasst die Vorrichtung zur Herstellung einer Abrasierschichtauflage
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Merkmale des Anspruches 1 und das Verfahren die Merkmale
des Anspruches 5. Bevorzugte Ausgestaltungen der Vorrichtung und
des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Abrasierschichtauflage gemäß Anspruch 10
der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie
durch das erfindungsgemäße Verfahren
hergestellt ist.
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Die
Vorrichtung und das Verfahren sind so gestaltet, dass sie eine Abrasierschichtauflage
effizient herstellen können,
bei der die Dicke eines abrasiven Beschichtungsmaterials gleichmäßig ist.
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In
der beigefügten
Zeichnung zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Herstellung einer Abrasierschichtauflage
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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2 eine
Seitenansicht der Vorrichtung zur Herstellung der Abrasierschichtauflage
der vorliegenden Erfindung,
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3(a) bis 3(d) erläuternde
Ansichten der Herstellungsprozedur der Abrasierschichtauflage sowie
des Beschichtungsverfahrens mit dieser Abrasierschichtauflage.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine Draufsicht auf eine Vorrichtung 100 zur Herstellung
einer Abrasierschichtauflage. 2 ist eine
Seitenansicht von rechts auf die der Vorrichtung 100.
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Wie
in diesen Figuren gezeigt ist, sind mehrere Anpassungs- bzw. Einstellelemente 111 an
der Bodenfläche
einer Basis (im folgenden "Grundgestell") 110 zum
Korrigieren und Einstellen der Neigung des Grundgestells 110 angebracht.
Ein Lagenkasten bzw. -tiegel (engl. "sheet pan" – im
folgenden "Tiegelwanne") 120 durchgehender
Länge ist
an der oberen Oberfläche
des Grundgestells 110 angebracht. Eine längliche
Nut oder Rille 121 ist in der oberen Oberfläche der
Tiegelwanne 120 ausgebildet. Die Breite der Nut 121 ist
so festgelegt, dass eine (nicht gezeigte) Hartlötlage passgenau in die Nut 121 der
Tiegelwanne 120 eingesetzt werden kann.
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Ein
Paar linearer Schienen 130, 131 ist auf die obere
Oberfläche
des Grundgestells 110 aufgebracht. Diese linearen Schienen 130, 131 sind
parallel zu der Tiegelwanne 120 angeordnet, während die Tiegelwanne 120 dazwischen
eingefügt
ist.
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Ein
Gleitelement (im folgenden "Schlitten") 140 ist
ein integrales Element mit Steifigkeit, das durch festes Verbinden
eines flachen Materials 141, eines gatterförmigen Materials 142 und
eines flachen Materials 143 miteinander durch Bolzen gebildet
ist. Ein Lagerblock 132, der die lineare Schiene 130 übergreift
und entlang der linearen Schiene 130 rollt oder gleitet,
ist an der Bodenfläche
des flachen Materials 141 befestigt. Ein Lagerblock 133,
der die lineare Schiene 131 übergreift und entlang der linearen Schiene 131 rollt
oder gleitet, ist an der Bodenfläche des
flachen Materials 143 befestigt. Somit kann sich der Schlitten 140 entlang
der Längsrichtung
der Tiegelwanne 120 an einer Position über der Tiegelwanne 120 gleitend
bewegen. In diesem Fall ist ein Zwischenraum zwischen den linearen
Schienen 130, 131 und den die linearen Schienen 130, 131 übergreifenden
Lagerblöcken 132, 133 extrem
klein, so dass auch das Spiel des Schlittens 140 extrem
klein ist.
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Eine
Kugelumlaufspindel 150 ist drehbar durch Kugelumlaufspindelhalter 151, 152 gelagert und
an der oberen Oberfläche
des Grundgestells 110 angeordnet. Diese Kugelumlaufspindel 150 dreht sich
unter der Drehkraft eines Antriebsmotors 153. Ein Getriebemotor
wird beispielsweise als Antriebsmotor 153 verwendet, und
seine Drehgeschwindigkeit wird durch eine Inverterschaltung gesteuert.
Ein Mutterteil 154, das auf die Kugelumlaufspindel 150 aufgeschraubt
ist, ist an der unteren Oberfläche
des flachen Materials 143 befestigt. Infolgedessen wird, wenn
die Kugelumlaufspindel 150 durch den Antriebsmotor 153 gedreht
wird, ihre Drehbewegung durch das Mutterteil 154 in eine
lineare Bewegung umgewandelt, wodurch der Schlitten 140 eine
Gleitbewegung ausführen
kann. Die Gleitbewegungsgeschwindigkeit des Schlittens 140 (das
heißt,
die Gleitbewegungsgeschwindigkeit einer später zu beschreibenden Klinge – im folgenden "Abstreifklinge" – 160) ist auf etwa
1 bis 5 mm/sec eingestellt. Kurz gesagt bilden die Elemente 150 bis 154 einen
Gleitbewegungsmechanismus (im folgenden "Antriebsmechanismus").
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Die
Abstreifklinge 160, wie sie in 2 gezeigt
ist, kann sich in einer Auf- und Abwärtsrichtung relativ zu dem
gatterförmigen
Material 142 gleitend bewegen, während ihre beiden Seiten durch
Führungen 161, 162 geführt werden.
Diese Abstreifklinge 160 hat annähernd die gleiche Breite wie
die der Nut 121 der Tiegelwanne 120 und kann sich
bis nahe an die Nut 121 und von dieser weg bewegen. Das
heißt, die
Höhe der
Abstreifklinge 160 variiert, wodurch der Abstand zwischen
der Unterseite der Abstreifklinge 160 und der Oberfläche der
Nut 121 verändert
wird.
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Dabei
kann sich die Abstreifklinge 160 gleitend auf und ab bewegen,
wobei die Abstreifklinge 160 unter einem Winkel von 30
bis 60 Grad in Bezug auf die Oberfläche der Nut 121 geneigt
ist (das heißt, die
obere Oberfläche
der in diese Nut einzusetzenden Hartlötlage). Infolgedessen kann
die Abstreifklinge 160, wenn sich der Schlitten 140 verschiebt,
gleitend bewegt werden, während
sie unter einem Winkel von 30 bis 60 Grad in bezug auf die Oberfläche der
Hartlötlage
angestellt ist.
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Ein
Mikrometer 170 ist an dem gatterförmigen Material 142 befestigt
und durch dieses gehaltert, und sein unteres Ende ist an der Oberseite
der Abstreifklinge 160 befestigt. Wenn ein Drehabschnitt 171 des
Mikrometers 170 gedreht wird, bewegt sich somit eine Welle 172 in
der Aufwärts-
und Abwärtsrichtung
vor und zurück,
und die Höhe
der Abstreifklinge 160 wird entsprechend angepasst. Ferner kann
das Mikrometer 170 den Abstand zwischen der Unterseite
der Abstreifklinge 160 und der Oberfläche der Nut 121 messen.
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In
diesem Beispiel kombiniert das Mikrometer 170 einen Höheneinstellmechanismus
zum Einstellen der Höhe
der Abstreifklinge 160 mit einem Abstands-Messmittel zum
Messen des Abstands zwischen der Tiegelwanne 120 und der
Abstreifklinge 160.
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Wenn
eine Verriegelungsschraube 180 eingeschraubt wird, wird
die Abstreifklinge 160 verriegelt und ihre Höhe fixiert.
An beiden Enden der Tiegelwanne 120 sind Lagen-Niederhalteklemmen 181, 182 eines
Federtyps vorgesehen. Wenn die Hartlötlage festsitzend in die Nut 121 der
Tiegelwanne 120 eingesetzt ist, werden die gegenüberliegenden
Enden der Hartlötlage
durch die Lagen-Niederhalteklemmen 181, 182 niedergehalten.
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Um
eine Abrasierschichtauflage mit der nach obiger Beschreibung konfigurierten
Vorrichtung 100 zu erzeugen, wird der Schlitten 140 zuerst
zu der Endposition zurückgeführt. In
diesem Zustand wird die Hartlötlage
festsitzend in die Nut 121 der Tiegelwanne 120 eingesetzt,
und die gegenüberliegenden Enden
der Hartlötlage
werden durch die Lagen-Niederhalteklemmen 181, 182 niedergehalten.
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Anschließend wird
der Drehabschnitt 171 des Mikrometers 170 gedreht,
um die Höhe
der Abstreifklinge 160 einzustellen. Hierbei wird der Abstand
zwischen der Unterseite der Abstreifklinge 160 und der
Oberfläche
der Nut 121, gemessen von dem Mikrometer 170,
auf eine vorbestimmte Größe eingestellt.
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Ein
abrasives Beschichtungsmaterial (Schlämme) wird auf die Hartlötlage aufgebracht. Nach
der Beschichtung wird der Antriebsmotor 153 angetrieben,
um den Schlitten 140 mit konstanter Geschwindigkeit entlang
der Tiegelwanne 120 von einem Ende zum anderen Ende desselben
zu bewegen. Dabei verteilt die Abstreifklinge 160 die Schlämme, während sie
einen konstanten Abstand von der Oberfläche der Nut 121 beibehält. Hierbei
ist es wichtig, dass die Schlämme
nicht auf einmal zugeführt wird,
sondern in Intervallen von 70 bis 80 mm zugeführt wird. Somit verbleibt die
Schlämme
mit einer konstanten Dicke auf der Hartlötlage. Infolgedessen kann eine
Abrasierschichtauflage hoher Qualität mit konstanter Dicke des
abrasiven Beschichtungsmaterials (der Schlämme) gebildet werden.
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Hierbei
ist es optimal, die Gleitbewegungsgeschwindigkeit der Abstreifklinge 160 auf
3 mm/sec und den Anstellwinkel der Abstreifklinge 160 zu
der Hartlötlage
auf 45 Grad einzustellen. Durch Einstellen der Gleitbewegungsgeschwindigkeit
und des Anstellwinkels auf diese Werte kann eine gleichmäßige Beschichtung
erreicht werden.
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Die
Dicke des abrasiven Beschichtungsmaterials (der Schlämme) kann
in Einheiten von 1/1000 mm durch Einstellen der Höhe der Abstreifklinge 160 mittels
des Mikrometers 170 eingestellt werden. Gleichzeitig kann
diese Dicke genau durch das Mikrometer 170 gemessen werden.
Somit kann die Dicke des abrasiven Beschichtungsmaterials genau auf
die gewünschte
Dicke eingestellt werden, und diese Dicke kann gleichmäßig gestaltet
werden.
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Außerdem wird
der Schlitten 140 durch den Antriebsmechanismus (die Elemente 150 bis 154) bewegt.
Somit kann eine Arbeitseinsparung erreicht werden, und eine Abrasierschichtauflage
hoher Qualität
kann auch von einer Bedienungsperson, die keine Erfahrung hat, hergestellt
werden.
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Gemäß der in
den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform
wird der Antriebsmechanismus (die Elemente 150 bis 154)
bereitgestellt. Es kann aber auch ein Aufbau vorgesehen sein, bei
dem dieser Antriebsmechanismus entfällt und der Schlitten 140 durch
manuelle Kraft bewegt wird.
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Ferner
kann ein Aufbau vorgesehen sein, bei dem eine Linearführung statt
der Führungen 161, 162 eingesetzt
wird, um die reibungslose Aufwärts-
und Abwärtsbewegung
der Abstreifklinge 160 zu gewährleisten.
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Übrigens
können
der Höheneinstellmechanismus
und das Abstandsmesselement als separate Elemente gebildet werden.
In diesem Fall kann ein Vorschubspindelmechanismus oder dergleichen
als Höheneinstellmechanismus
eingesetzt werden, und ein Mikrometer oder ein digitaler Anzeiger
kann als Abstandsmessmittel eingesetzt werden.
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Die
oben beschriebene vorliegende Erfindung kann die folgenden Wirkungen
erzielen:
die Hartlötlage
wird in die Nut bzw. Rille eingesetzt und mit dem abrasives Beschichtungsmaterial
beschichtet, wonach der Schlitten bewegt wird. Lediglich durch diese
Vorgehensweise kann eine Abrasierschichtauflage hoher Qualität mit konstanter
Dicke des abrasiven Beschichtungsmaterials auf einfache Weise gebildet
werden.
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Außerdem kann
die Dicke des abrasiven Beschichtungsmaterials genau gemessen werden,
und diese Dicke kann genau auf die gewünschte Dicke eingestellt werden.
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Ferner
kann der Schlitten durch den Antriebsmechanismus automatisch bewegt
werden. Somit kann eine Arbeitseinsparung erzielt werden, und eine
Abrasierschichtauflage hoher Qualität kann selbst von einer Bedienungsperson,
die keine Erfahrung hat, hergestellt werden.